活學活用單片機連載將介紹有效使用單片機外設功能的結構及使用方法，能讓我們將能學到各種單片機共通的基本外設功能，并可廣泛應用到各個方面。單片機僅靠CPU和內存是無法運行的！本文介紹 GPIO和串行通信。

　　有效使用單片機不可或缺的“外設功能”是什么呢？

　　正如過去連載的“單片機入門”系列中所介紹的那樣，對電子產品進行控制的單片機是由CPU、內存及外設功能等部分組成的（圖1）。CPU根據指令（程序），執行運算、數據的讀寫以及進行條件判斷等，而內存則用來保存該程序（記憶）。

　　外設功能是指為了使單片機便于使用的各種功能。例如，CPU為了與外部的傳感器及開關等進行信號交換，就需要“輸入/輸出端口（I/O端口）”這種外設功能。

　　而且，將模擬輸入信號轉換為數字值的“A/D轉換器”以及反過來將數字值轉換為模擬輸出信號的“D/A轉換器”則是單片機對各種信號進行處理時不可或缺的外設功能。

　　另外，還有為了正確測量時間所用的“定時器”以及提供日期和時計的“實時時鐘（RTC）”，用于進行與時間相關的處理，此外還有將并行信號（parallel signal）和串行信號（serial signal）進行互相交換的“UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用異步收發器）”等，以便進行通信。

　　本連載中，將以瑞薩電子單片機--RX63N為例，介紹令單片機更便于使用的外設功能的基礎知識。我們將使用搭載了“RX63N”程序的電子板“GR-SAKURA”進行說明，請你也實際操作試試看吧！

　　了解數字信號的輸入/輸出端口---“GPIO”

　　在“輸入/輸出端口（I/O端口）”中，數字信號的輸入/輸出端口即“GPIO（General Purpose Input/Output）”也被稱為“通用I/O端口”，是一種用于數字信號輸入/輸出的非常方便的端口。用于將數字輸出的傳感器值和開關的ON/OFF值傳送到單片機的輸入端及通過LED來顯示單片機的運算結果，以及輸出用于驅動電機運行的信號等等。

　　GPIO被稱為通用端口是其引腳既可以用于輸入也可以用于輸出。在早期的單片機中，引腳都被固定用于輸入或輸出，但是現在很多單片機中都可以自由地將其設定為輸入或輸出端口。假設GPIO端子有8個引腳，則可以將4個引腳用于輸入，另4個引腳用于輸出，也可以將1個引腳用于輸入，剩下的7個引腳用于輸出。

　　在GPIO中，為了使CPU和外部設備之間進行數據交換，要相互執行通過程序處理的數字值（0或1）與信號（電壓的LOW電平或HIGH電平）的轉換。下面是作為RX63N單片機的GPIO端口基礎的寄存器（※1）的作用（圖2）。

　　（※1）寄存器（Register）：存在于單片機的CPU和外設功能內部中的記憶回路。用于運算和保持CPU的執行狀態。由于是作為CPU及外設功能的內部回路，所以在對內存進行寫入和讀取時速度很快，但容量卻非常小，既有可以用于各種用途的寄存器（通用寄存器），又有用于某些限定的功能和用途的特殊寄存器。

　　端口方向寄存器（PDR）

　　決定引腳方向的寄存器，也稱為“方向寄存器”。

　　端口輸入數據寄存器（PIDR）

　　輸入時反映所使用的引腳狀態的寄存器。從引腳輸入LOW電平或者HIGH電平時會將之轉換為0或1的值并讀取該轉換結果。隨著引腳的變化數值也將發生變化。所以不會保持讀取時的值。

　　端口輸出數據寄存器（PODR）

　　此寄存器保存用作輸出引腳的輸出數據。將0或1的值轉換為LOW電平或HIGH電平信號并從引腳輸出。由于可以與內存一樣保持改寫前的值，所以在改寫前來自引腳的輸出電壓也將保持不變。